多层超构透镜突破颜色限制，微型相机迎来新革命

近日，一项发表于《光学快报》（Optics Express）的研究展示了一种制造多色超构透镜的新方法。该研究由德国耶拿弗里德里希·席勒大学主导，有望推动新一代超小型、低成本、高性能光学器件的发展，直接应用于便携设备。

超构透镜是一种厚度不足头发丝直径的二维平面结构，其通过纳米级天线阵列来操控光线。与传统基于曲面折射的笨重透镜组相比，超构透镜具有超薄、轻便且可集成化的巨大优势。然而，让单个超构透镜有效聚焦宽波段的光（如白光）一直是个重大难题。

早期单层设计面临物理极限：难以在保持大尺寸和高数值孔径（决定集光能力和分辨率）的同时，实现宽波段工作。为解决此问题，研究团队转向了多层堆叠的超构透镜设计方案。

团队采用先进的“逆向设计”算法，由计算机自主优化寻找最佳纳米结构。该方法的目标是在每一层中激发特定的电磁共振（惠更斯共振），从而实现对不同波长的光进行精确相位控制。这种基于共振的方法，使最终设计对光的偏振状态不敏感，并放宽了制造公差，更有利于大规模生产。

令人惊讶的是，算法生成出的纳米单元形状多样，包括圆角方形、四叶草形和螺旋桨形等。这些纳米结构共同提供了从0到2π的完整相移覆盖，使研究人员能够像绘制地图一样设计透镜的聚焦功能，例如实现将不同颜色光线路由到不同位置的效果。

尽管目前该多层设计能有效处理的离散波长数量有限（约5个），但它标志着超构透镜向实用化迈出了关键一步。其模块化的制造理念也与成熟的半导体工艺兼容，为未来产业化铺平了道路。

--《每日科学》网站（www.sciencedaily.com）